基于網絡的數控設備后臺管理系統(tǒng)研究

黃 鋒，王大溪，曹漢強，吳 俊

（1. 華中科技大學，武漢 430074；2. 廣西工學院，柳州 545006；3. 柳州鐵道職業(yè)技術學院，柳州 545007）

0 引言

汽車工業(yè)是柳州市最重要的支柱產業(yè)，但是柳州汽車零部件企業(yè)規(guī)模偏小、技術含量低、專業(yè)化程度低、發(fā)展不夠快，研發(fā)能力薄弱，缺乏快速反應能力。許多企業(yè)也意識到這點，除提高企業(yè)的研發(fā)能力外，還購置了數量不少的能生產產品技術含量高、附加值高的設備，如數控機床等。隨著數控機床數量的增加，企業(yè)的勞動效率和產品質量得到提高，但是多數數控設備以單機獨立運行，數控設備難以充分發(fā)揮其效能?；诰W絡化的數控設備后臺管理系統(tǒng)對實現(xiàn)數控車間網絡通信和管理，可以提高工廠加工信息的傳遞速率與管理效率，提高機械加工自動化程度及遠程監(jiān)控水平，而且當數控系統(tǒng)產生故障時，還可以為數控系統(tǒng)生產廠家提供遠程診斷與維護，減少維護的盲目性及相關費用。

1 主流技術

為了擬訂并推進關于新一代開放式控制系統(tǒng)的詳細分析與規(guī)范，美國國防部開始了名為“下一代控制器(NGC) ”的計劃，成立了“美國國家制造科學中心(NCMC) ”。其后有許多相關的研究計劃在世界各國相繼啟動，其中較有影響的有美國的O2MAC計劃，歐洲的OSACA 計劃和日本的OSEC 計劃。

1）基于軟件芯片的開放式數控系統(tǒng)

以華中理工大學為代表提出了一種基于軟件芯片的開放式數控系統(tǒng)的實現(xiàn)模式。

2）基于數字伺服現(xiàn)場總線技術的開放式數控管理系統(tǒng)

現(xiàn)場總線技術可以將大量的并行信號轉化為串行信號，利用雙線電纜或光纜可以在上百臺設備之間實時傳遞上千路的信號。

3）基于WIN9X/NT的開放式數控管理系統(tǒng)

結合數控系統(tǒng)的實時性要求和WIN9X/NT的搶占式事件驅動方式與多任務處理的特點，在WIN9X/NT下有兩種方法可以實現(xiàn)數字控制功能：

（1）單機控制模式。整個系統(tǒng)由一臺計算機外加一些功能模塊組成，這種控制模式在硬件成本上最經濟，但是在軟件的開發(fā)上是最復雜的，在這種控制模式下，CNC系統(tǒng)軟件的開發(fā)重點是應用程序和設備驅動程序的編制。

（2）上下位機通信模式。這種模式具有更大的靈活性，尤其是對于已經習慣DOS和匯編編程的人來說，在這種控制模式下，主要的問題是解決WIN9X/NT 與這些模板的通信問題，采用這種控制模式具有快捷方便和便于實現(xiàn)遠程制造的優(yōu)點。

2 數控設備后臺管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)為汽車零部件企業(yè)建立數控機床聯(lián)網集中控制及遠程診斷監(jiān)控系統(tǒng)，提供對數控加工源程序文件的創(chuàng)建、編輯、存儲、刪除、拷貝、轉移、各種生產信息反饋、動態(tài)監(jiān)控等功能；同時解決數控機床程序存儲空間過小、大程序量在線加工、NC程序快速調用及程序資源共享的問題，并實現(xiàn)數控設備的軟故障診斷。

通過調研了解實際生產過程中對管理平臺的需求，搭建數控管理平臺框架，構建平臺管理系統(tǒng)的各個模塊，主要包含NC程序管理、用戶權限管理、產品結構管理和遠程連接管理4個模塊。通過基于產品結構的數控程序管理，對數控加工程序實現(xiàn)流程化管理，對加工程序的內部屬性（如程序號，程序注釋，零件圖號，加工的零件號，加工范圍，機床等）集中統(tǒng)一管理；產品結構體現(xiàn)制造企業(yè)生產內容的內在屬性，使數控程序管理從無序的現(xiàn)狀轉向有序狀態(tài)。系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

3 設備狀態(tài)采集系統(tǒng)

對數控設備狀態(tài)數據的采集主要通過PC機、PLC控制器和工業(yè)總線的模式來實現(xiàn)，整個系統(tǒng)由PC機、數據服務器和終端采集器組成，如圖2所示。工作方式為通過PC機設定各個終端采集器的工作模式；終端采集器實時收集生產信息并上傳給數據服務器；數據服務器實時接收和存儲終端采集器上傳的信息；PC機實時采集、分析數據服務器上的信息，并將結果反饋到數據服務器；終端采集器實時顯示PC機經過數據服務器反饋的信息；數據經過處理后在PC機上顯示所有設備的實時狀態(tài)情況，生成各種生產管理所需的數據。每個數據服務器可以接100個采集終端。

采集數據服務器采用TCP/IP、CAN總線通信方式分別與PC機和采集終端機交換數據，與PC機通信速率達115200bps，記錄存儲容量達3萬條，一臺數據服務器最大可聯(lián)100臺終端采集器，與終端采集器最大聯(lián)機距離為1000米。

圖2 設備狀態(tài)采集系統(tǒng)結構圖

采集終端機采用系統(tǒng)硬件設計模塊化結構，內嵌嵌入式操作系統(tǒng)，采用CAN總線通信方式（一個標準RJ45口、一個標準USB接口），通信速率：5Kbps-1Mkbps，實現(xiàn)數據主動上報功能，實時性強。每個終端擁有自己的地址，出現(xiàn)故障時自動脫網，不會對線上其他設備造成任何影響。CAN總線通信模組采用防雷和防浪擁電路保護功能，抗干擾性強。

圖3 數據服務器與終端采集器

將設備狀態(tài)采集系統(tǒng)和數控設備后臺管理系統(tǒng)及其他硬件系統(tǒng)進行通訊和調試，實現(xiàn)系統(tǒng)各模塊的聯(lián)調，測試可編程控制器的軟件系統(tǒng)性能。對系統(tǒng)功能，處理能力等方面進行評價，最終實現(xiàn)一個直觀、方便、高效的管理平臺。

4 結論

本系統(tǒng)解決了以下三點問題：

1）數控加工程序管理系統(tǒng)對數控加工程序實現(xiàn)流程化管理；對加工程序的內部屬性集中統(tǒng)一管理；實現(xiàn)遠程程序傳輸，效率高，準確性高。同時也實現(xiàn)了異地生產。

2）系統(tǒng)的建立極大提升企業(yè)對數控生產的現(xiàn)代化管理水平，減少生產過程中的輔助時間，最大限度的發(fā)揮數控設備的生產優(yōu)勢。

3）該系統(tǒng)的在接收和發(fā)送信息采用多線程，避免了數控系統(tǒng)交換信息時遺失有效信息的可能。

本系統(tǒng)的建立將極大提升企業(yè)對數控生產的現(xiàn)代化管理水平，減少生產過程中的輔助時間，充分發(fā)揮數控設備的生產優(yōu)勢，使企業(yè)在激烈的市場競爭中獲得巨大的經濟效益，對柳州市制造業(yè)企業(yè)的數控設備聯(lián)網集中監(jiān)控有積極促進作用。

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